高速列車運(yùn)行于無砟軌道引起的地面振動(dòng)數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，中國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，高速鐵路也初具規(guī)模，由此引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)勢(shì)必影響到鐵路沿線居民的正常生活。因此有必要開展高速鐵路引起的地面振動(dòng)的研究，掌握其振動(dòng)特性和傳播規(guī)律。本文以軟土地區(qū)高速鐵路無砟軌道為例展開研究。在總結(jié)了軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)問題研究方法、基本研究?jī)?nèi)容以及國(guó)內(nèi)外高速鐵路引起的環(huán)境振動(dòng)問題的基礎(chǔ)上，本文利用車輛軌道耦合理論建立了列車-軌道垂向耦合模型，采用有限元方法利用ANSYS有限元軟件建立了路堤-地基二維有限

2、元模型和軌道-路堤-地基三維有限元模型，結(jié)合上述模型分別從二維和三維角度進(jìn)行了研究。
　　 首先，利用簡(jiǎn)化的路堤-地基二維有限元模型，研究了0～90Hz范圍內(nèi)簡(jiǎn)諧載荷作用下的均勻彈性半空間土體和分層土體地面振動(dòng)衰減規(guī)律。結(jié)果表明:簡(jiǎn)諧載荷作用下的均勻彈性半空間土體的豎向地面振動(dòng)呈波動(dòng)衰減，頻率越高衰減越快，在距離線路一定的范圍內(nèi)地面振動(dòng)的中高頻部分不容忽視;對(duì)于分層土體，地面振動(dòng)隨距離衰減的波動(dòng)更加劇烈，而且存在較為明顯的反彈現(xiàn)

3、象。
　　 接著，在諧響應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，利用列車-軌道垂向耦合模型獲取沿線路縱向各個(gè)位置的路基表面上作用力作用于二維有限元模型中，研究高速列車運(yùn)行于無砟軌道線路時(shí)引起的豎向地面振動(dòng)加速度的時(shí)域、頻域特征以及傳播規(guī)律。利用平面應(yīng)變問題等效思想，得到作用在有限元模型路基表面的等效載荷，并發(fā)現(xiàn)其中高頻成分較為突出。仿真結(jié)果表明:雖然時(shí)域特征與實(shí)際差距較大，但是主頻在中頻范圍內(nèi)，而且與軸距引起的特征頻率較為接近;豎向地面振動(dòng)加速度幅值在

4、近軌道處非常明顯，20m以后已很小且衰減緩慢;計(jì)權(quán)豎向地面振動(dòng)加速度級(jí)的衰減在30m之前較為迅速，30m以后衰減較慢。
　　 最后，利用列車-軌道垂向耦合模型獲取沿線路縱向鋼軌扣件載荷，輸入到三維有限元模型中，進(jìn)行高速鐵路引起的地面振動(dòng)規(guī)律研究。通過豎向地面振動(dòng)位移時(shí)程曲線發(fā)現(xiàn)，至少50m范圍內(nèi)豎向地面振動(dòng)能夠明顯反映列車的經(jīng)過。沿垂直線路方向的振動(dòng)位移能夠較為明顯反映土體特性和樁基加固對(duì)地面振動(dòng)的影響。振動(dòng)速度和加速度是振動(dòng)位

5、移的一階、二階偏導(dǎo)，其中軸距引起頻率所在范圍20～50Hz的振動(dòng)特征更加明顯。豎向地面振動(dòng)加速度幅值和計(jì)權(quán)豎向地面振動(dòng)加速度級(jí)沿垂直線路方向的衰減趨勢(shì)與二維模型較為接近，但受三維模型尺寸的限制整體偏大，而二維模型結(jié)果跟實(shí)測(cè)更為接近。受軌道不平順的影響，豎向地面振動(dòng)位移、速度和加速度沿平行線路方向的變化并不均勻，豎向地面振動(dòng)加速度幅值和計(jì)權(quán)豎向地面振動(dòng)加速度級(jí)總體上存在較小差距，在一定程度上可以采用二維模型預(yù)測(cè)列車以350km/h及以上速